Как к производству МЭГ добавляют новые цепочки
Одним из драйверов трансформации технологий получения химвеществ выступает вариативность, когда в контуре одной цепочки можно получать несколько маржинальных продуктов. Рассказываем о том, как в производстве МЭГ стало больше веществ карбонатной группы.
Все способы производства моноэтиленгликоля (МЭГ) сложно описать и систематизировать. Часть из них не пошла в серию и осталась в формате патента. Изобретательский мейнстрим последних лет связан с разработками в сфере создания этиленгликолей из сырья растительного происхождения, однако площадок, выпускающих серьезные объемы «зеленого» МЭГ, все еще нет. Чтобы уловить один из главных технологических трендов в производстве этиленгликолей, посмотрим на одну из «веток эволюции» классического способа получения МЭГ.
MASTER-класс от Shell
По данным Shell, на заводах, спроектированных этой компанией, производят 40% мирового этиленгликоля. Нефтедобывающий гигант с традиционно сильной нефтехимической компонентой бизнеса стал одним из лидеров развития процесса получения этиленоксида с последующим преобразованием в этиленгликоль. Shell не только выступает лицензиаром и проектирует предприятия для других, но и сама выпускает этот продукт на площадках по всему миру.
Технология Shell MASTER основана на двух ключевых химических реакциях: сначала происходит каталитическое превращение этилена в оксид этилена, затем следует его термическое преобразование в конечный продукт – этиленгликоль. Основной этап синтеза протекает в трубчатом реакторе, где происходит термическая гидратация – процесс взаимодействия этиленоксида с водой, в результате которого образуется этиленгликоль.
В конечном продукте помимо основного компонента (МЭГ), в общей массе присутствуют до 10% побочных продуктов – диэтиленгликоля (ДЭГ) и триэтиленгликоля (ТЭГ). Важным параметром процесса является объем участвующей в реакции воды, поскольку именно от этого зависит конечный выход МЭГ. После завершения реакции избыточную влагу удаляют посредством многоступенчатой системы выпаривания.
Финальная стадия включает процесс разделения и дистилляции с выделением и очисткой всех трех компонентов: МЭГ, ДЭГ и ТЭГ.
По такой же технологии, возможно с небольшими нюансами, работают большинство производителей этиленгликолей, включая две главные российские площадки по выпуску МЭГ – «Сибур Нефтехим» и «Нижнекамскнефтехим» (входит в «Сибур»)
«Фишка» MASTER в том, что он предполагает выбор катализаторов для применения. Пользователям процесса доступны катализаторы с высокой селективностью (способность увеличивать скорость реакции), а также менее дорогие и более производительные катализаторы.
Shell в конце прошлого века выступала пионером совершенствования катализаторов для превращения этилена в этиленоксид, повысив их селективность с 68% до 80%, а затем взяв планку 86%. Это позволило клиентам Shell сэкономить миллионы долларов на сырье для производства этиленоксида.
Ресурсосберегающая OMEGA
OMEGA (Only MEG Advantage) – другая технология от Shell для производства МЭГ из этиленоксида. Она обеспечивает эффективность преобразования на уровне более 99% по сравнению с примерно 90% при использовании MASTER. В отличие от традиционных процессов, OMEGA позволяет операторам избегать производства побочных ДЭГ и ТЭГ.
Процесс OMEGA включает два этапа: контролируемое окисления этилена до этиленоксида и гидролиза этиленоксида до МЭГ.
На первом этапе этилен окисляют кислородом в присутствии серебряного катализатора. В результате побочной реакции, конкурирующей с основной, образуются углекислый газ и вода. Избыточное окисление снижают за счет использования этилхлорида в качестве замедлителя.
На втором этапе оксид этилена вступает в реакцию с углекислым газом с последующим образованием этиленкарбоната. Последний затем гидролизуется до МЭГ и углекислого газа. На этом этапе углекислый газ высвобождается и может быть возвращен в технологический цикл.
Технологию, которую потом назвали OMEGA, около 30 лет назад разработала японская Mitsubishi Chemical. Shell приобрела ее в начале XXI века. Компании объединили наработки в единый инжиниринговый промышленный продукт с соответствующей лицензией.
Ощутимое преимущество OMEGA – возможность снизить потребление этилена. Расход этого газа при применении OMEGA снижается практически на четверть по сравнению со старым способом. При сопоставимых объемах производства OMEGA задействует на треть меньше воды, чем классическая установка термического преобразования.
В нулевые и десятые годы в мире в азиатских странах запустили несколько мощных заводов, работающих по технологии OMEGA.
Когда поликарбонат важнее этиленгликолей
В начале века японская Asahi Kasei разработала экологичный способ производства поликарбоната – востребованного конструкционного термопластика. По-настоящему революционной эту технологию сделали отказ от использования токсичных фосгена и метиленхлорида, применение углекислого газа в качестве исходного материала, а также получение МЭГ в качестве побочного продукта.
До того как Asahi Kasei представила свой процесс, весь поликарбонат в мире производили с использованием монооксида углерода, получаемого из кокса или низших углеводородов, и кислорода в качестве исходного материала. Более 90% поликарбоната получали фосгеновым способом, когда в качестве мономера используется фосген – это дорогая и неэкологичная технология.
На первом этапе процесса Asahi Kasei окись этилена реагирует с углекислым газом в присутствии специальных катализаторов, в результате получают этиленкарбонат. Далее он реагирует с метанолом – на этом этапе образуется диметилкарбонат и параллельно выделяется МЭГ высокой степени очистки. Дальнейшая цепочка (уже без МЭГ) выглядит так: диметилкарбонат превращается в дифенилкарбонат, который затем смешивают бисфенолом-А. В результате этой реакции и получается поликарбонат.
Поликарбонат – прочный, твердый материал, некоторые его виды оптически прозрачны. Этот полимер легко поддается формовке и термообработке и востребован в строительстве, автопроме, производстве упаковки и 3D-печати.
Первую линию по производству поликарбоната с побочным МЭГ запустили на Тайване в 2003 году. С тех пор по всему миру открыли десятки заводов, применяющих изобретение Asahi Kasei.
В России этот процесс использует «Казаньоргсинтез» (КОС, входит в «Сибур»). В 2008 году на предприятии открыли первое в стране производство поликарбоната по новейшей на тот момент японской технологии. После нескольких модернизаций КОС производит до 100 тыс. тонн поликарбоната в года, примерную производительность по МЭГ эксперты оценивают на уровне 20 тыс. тонн.
Asahi Kasei дополняют свою технологию. Так, компания предлагает заказчикам приобрести лицензию на более «зеленое» производство, когда вместо обычного этиленоксида используют аналог, полученный из биомассы.
Карбонатный антикризис от Shell
В начале этого десятилетия Shell опубликовала план действий для производителей МЭГ, которые могут столкнуться с проблемой работы в условиях низкой загрузки.
Компания предложила краткосрочные, среднесрочные решения, предусматривающие оптимизацию производства за счет различных решений, предусматривающих использование катализаторов Shell. На долгосрочном треке специалисты Shell предлагают внедрить конструкционные изменения оборудования с тем, чтобы увеличить производство этиленоксида на 10-20% в цепочке создания МЭГ. Так, для наращивания выпуска этого продукта можно рассмотреть возможность установки новой колонны для его очистки.
Далее Shell предлагает работать с дополнительными объемами этиленоксида по двум альтернативным МЭГ цепочкам создания стоимости: карбонатные растворители (диетилкарбонат, этиленкарбонат, этилметилкарбонат, дифенилкарбонат) и поликарбонат. Shell предлагает свои решения по созданию производства карбонатных растворителей, а за технологией производства ПК советует обратиться к другим лицензиарам.
